余熱回收用于供暖的水系統設計實例

朱 佩 璋

(山西太鋼工程技術有限公司，山西 太原 030009)

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余熱回收用于供暖的水系統設計實例

朱 佩 璋

(山西太鋼工程技術有限公司，山西 太原 030009)

結合工程實例，介紹了工業余熱回收后與現有集中供熱系統并網供熱、滿足供熱區域擴容的水系統設計方案，并針對該系統的設計難點，提出了解決策略，實現了節能減排的目標。

余熱回收，集中供熱，水系統，節能減排

1 工程概況

太原市北沙河區域緊靠太原鋼鐵集團有限公司，區域內現有約600×104m2建筑為太鋼高爐沖渣水余熱集中供熱，由于太原市城市建設快速發展，隨著北中環道路的建成通車，附近區域相當多的用戶集中供熱需求增長迅速，但由于沖渣水余熱能力限制，供熱需求不能得到滿足，用戶多采用自建小鍋爐房和小煤爐自行供熱，致使能源浪費、環境污染嚴重，這不但影響了太原市的城市形象，也在一定程度上阻礙了其經濟的發展。針對這一情況，太原市政府于2015年1月對太鋼提出集中供熱擴網任務。

根據市政府的這一要求，同時也出于“增熱不增污”的目的，我們對太鋼公司內部各冶金工序進行了調研，最終決定對焦化干熄焦(CDQ)空冷島乏汽冷卻和三燒機頭脫硫脫硝后部煙道進行改造，回收此兩處余熱進行供熱，增加集中供熱面積，減少小鍋爐小煤爐的使用，降低能耗，提高環保水平。

2 系統設計

經調研，太鋼焦化干熄焦(CDQ)配套1臺50 MW高溫、高壓、單缸、抽汽空冷凝汽式汽輪機。冬季運行時汽輪機排出大量約70 ℃的乏汽，通過一條DN3 000大直徑的排汽管道進入空冷島使蒸汽得到冷凝，冷凝水通過凝結水管道系統自流到凝結水箱，經處理后送回到鍋爐給水系統。經計算，如在冬季采暖時通過用凝汽器替代空冷島，利用乏汽加熱采暖回水，能回收約58.4 MW的乏汽冷凝潛熱，同時節約空冷風機耗電480 kW。

太鋼三燒450 m2燒結機機頭煙氣經脫硫脫硝后煙氣溫度在130 ℃以上，幾乎不含有SO3，煙氣露點溫度較低，如在脫硫脫硝出口的DN6 400主管道上安裝煙氣—水換熱器進行換熱，將煙氣溫度降低到約100 ℃后從煙囪排出，按60%設計工況計算，則約有11.09 MW的余熱可供回收，但因增加阻損，風機耗電增加950 kW。

上述兩處含余熱工序，距離太鋼供北沙河區域的集中供熱管道較近。該供熱管道為利用太鋼公司5號高爐的沖渣水余熱進行供熱，供熱面積原為160×104m2，設計采暖水循環量2 900 m3/h；供熱主管管徑DN1 200。納入新增余熱系統后，可滿足該供熱區域擴容200×104m2后的供熱需求。

新增余熱系統中，CDQ的余熱量較大，但只能將水溫最高提升至約70 ℃；此溫度的余熱，只能用于采暖、洗浴等一般生活用熱，基本無其他用途，品位較低；三燒余熱量較小，溫度較高，為避免換熱器局部過冷凝露，三燒系統煙氣限制最低出口溫度，故要求進入換熱器水溫應在60 ℃以上，出口水溫最高可達100 ℃以上，除生活用熱外，尚可用于工藝加熱、制冷、發電等用途，品位相對較高。

根據上述余熱資源的特點及要求，新增余熱系統設計為：將CDQ余熱用作新增系統主熱源，三燒余熱系統作為補熱熱源串聯在CDQ余熱熱源之后；新增余熱系統與原高爐沖渣水余熱系統并聯作為多熱源共同在采暖季向外供熱；同時保留三燒余熱系統在非采暖季作為其他用途熱源的可能性。

系統運行流程為：采暖季系統運行時，采暖回水先進入CDQ余熱系統進行吸熱升溫。采暖季初末期供熱負荷較小的時間段內，系統出水直接供往熱用戶，CDQ多余乏汽仍送至空冷島進行冷卻；在極寒季負荷升高、超出CDQ余熱熱量后，系統出水將部分引至三燒區域進行再加熱，再返回主循環系統與其余未再加熱部分混合，提高供水水溫以滿足負荷需求。非采暖季期間，由于CDQ余熱品位過低無法利用，只能仍送至原空冷島冷卻；三燒系統品位略高，可利用于低溫發電或熱水型制冷等系統，直至負荷需要時并入供熱網絡。

工藝流程示意圖見圖1。

具體實施方案為：

從DN1 200北沙河供熱主管道的回水管道上抽出一根DN1 000甩頭經三燒區域送往CDQ，設計水量約為4 000 m3/h；在新建凝汽器與乏汽換熱升溫至68 ℃左右，向回敷設至三燒西側，此處新建一座總加壓泵站對CDQ出水進行加壓，加壓前分流一部分約1 000 m3/h 水經加壓泵送至三燒機頭煙氣余熱回收，在煙氣—水換熱器內經煙氣加熱升溫至約77.1 ℃后敷設回泵站，與另支主管道采暖水(水量2 900 m3/h)混合，總水溫約70 ℃，通過新建總加壓泵加壓后敷設至DN1 200總管接點處，與原高爐沖渣水余熱系統碰頭混合，混合后的總水量6 900 m3/h，共同送往市政接點供用戶使用。

在新建系統中，由于凝汽器與三燒煙氣換熱器尚存在增設并列余熱熱源的可能，因此新建系統主管線管徑均進行預留擴徑。

本系統設計，既符合兩處熱源各自的特點及不同要求，又能夠最大限度地回收余熱熱量，同時做到了根據需求能源的品位進行合理配置，最大限度地回收余熱。

3 系統難點

本系統的設計，在原有單熱源集中供熱系統的基礎上增加了新的熱源與分支，各熱源之間同時存在著并、串聯情況，而各熱源設備的耐壓、所處標高又各自不同，市政接點處對資用壓頭有嚴格要求，因此，調整好系統內各點壓力，在符合不超壓、不倒空情況下，又能符合市政接點處資用壓頭的要求，還能保證各路熱源系統水量滿足要求，是本系統設計的難點。

經水力計算，舊有系統由總接點至沖渣水熱源分支總阻損為50.16 m；總接點至市政接點阻損4.3 m；外網要求市政接點處資用壓頭為30 m；定壓值為35 m；新系統在不考慮將來預留熱源的情況下，由總接點至CDQ熱源分支(不含三燒余熱系統)總阻損為25.82 m。

舊采暖系統雖然水量較小，但建設較早，且總接點至熱源段總阻損較高，配置有定壓補水系統，故仍將其作為主循環系統，新余熱回收系統作為循環分支，設置加壓循環泵。

根據水力計算結果，總接點處采暖供回水壓差值減去新系統總阻力損失即為新系統所需的加壓泵揚程。因CDQ存在負荷變動情況，故將總加壓泵流量適當放大，選擇4臺流量Q=1 600m3/h、揚程H=35 m的泵，三用一備，變頻運行。

三燒余熱系統，在本次余熱回收系統中作為對吸收CDQ乏汽余熱后的采暖水中的一部分進行二次加熱的補充熱源，回收設備位置處在40 m高度，原系統定壓不足，因此增設了一套加壓泵，對三燒余熱系統循環水進行單獨加壓。同時在分支回水管上設置調壓裝置，以保證回水壓力與新系統主管道壓力匹配。根據計算，考慮未來并列熱源預留情況，選擇3臺流量Q=750 m3/h、揚程H=30 m的加壓泵，兩用一備，變頻運行。泵與調壓閥組連同除污器、總加壓泵等布置在新增循環泵房內。同時，由于三燒余熱系統受生產工況影響較大，需要頻繁調整通過余熱換熱器水量，故在換熱器處設置有采暖水流量調整裝置，通過流量監測以及調整泵的運行頻率、進出口閥門與旁通閥的開度來控制水量，保證該分支水量與生產工藝匹配。

通過上述配置，能夠滿足新增系統各處的壓力要求，達到節能最大化，同時在重點部位水量控制，確保余熱回收的同時對工藝系統不產生大的影響，基本解決了系統的難點問題。

4 結語

本系統于2015年實施，2015年—2016年采暖季投運，兩個采暖季運行良好。新系統供熱水溫71 ℃～72 ℃，滿足供熱溫度要求，總回收余熱量達到76 MW以上，滿足區域擴容200×104m2后的供熱需求；本項目利用低品位的廢熱資源，變廢為寶，開發供熱新熱源，節約高品位熱能，為太原市集中供熱提供了有力支持，改善了周邊區域由舊有供熱燃煤小鍋爐帶來的能源浪費和污染物排放現象，是一項典型的服務大眾造福社會、節能減排環保降碳工程。

On water system design for waste heat recycled in heat supply

Zhu Peizhang

(Shanxi Taiyuan Steel Engineering Co., Ltd, Taiyuan 030009, China)

Combining with the engineering examples, the paper introduces the design scheme for integrating the industrial waste heat recycling and the central heat-supply system and the water system meeting the heat supply region expansion, and points out the solution strategies according to the design difficulties of the system, so as to realize the aims of the energy-saving and emission reduction.

waste heat recycling, central heat, water system, energy-saving and emission reduction

1009-6825(2017)08-0130-02

2017-01-05

朱佩璋(1973- )，男，高級工程師

TU833

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